电工电子综合实验.doc

电工电子综合实验-多功能电子钟设计报告一、实验内容：设计一个具有清零、校分、整点报时功能的电子钟，并要求：1.清零可以随时进行；2.校分以2Hz的频率自动进行，且校分时秒位保持不动； 3.报时电路，59分53、55、57秒时低音报时（500Hz），59分59秒时高音报时（1KHz）；4.只要求有秒位和分位即可；5.校分电路要防止抖动；6.设计原理正确，布局合理，排线整齐，功能齐全。二、实验设计： 1.最基本计时电路的设计： 1）基本计时电路采用计数器CD4518实现，时钟下降沿触发；2）当秒位实际变为“60”时，秒位迅速异步清零，显示为“00”，并且向分位进位；3）当分位实际变为“60”时，分位迅速异步清零，显示为“00”；4） 由于时钟下降沿触发，当秒十位由“6”变到“0”时，即从“0110”（Q3Q2Q1Q0）变到“0000”时，恰好秒十位产生下降沿1-0，所以秒位向分位的进位信号为秒十位的Q2；下图左半部分为该基本计时电路的原理图：注：上图中CD4518计数器从上到下依次为秒个位，秒十位，分个位，分十位。 2.译码显示电路的设计：1）显示译码器CD4511接收来自计数器CD4518的信号驱动共阴极显示器；2）CD4511的使能控制端必须接为能正常译码；3）显示译码器CD4511和显示器之间必须接330限流电阻，以防止电流过大而烧毁数码管；上图右半部分为译码显示电路的原理图。 3.脉冲发生装置的设计： 1） 采用NE555集成电路构成多谐振荡器，然后通过分频器CD4040进行分频，产生1Hz，2Hz，500Hz和1KHz； 2）1Hz用于计时器电路，2Hz用于校分电路，500Hz和1KHz用于整点报时电路； 下图是脉冲发生装置的原理图： 由所提供的元器件的参数可得多谐振荡器的振荡频率为：4.整点报时电路： 1）电路每小时进行一次报时，59分53秒、55秒、57秒为低音（500Hz）报时，59分59秒为高音(1KHz)报时；2）如果需要在某一时刻报时，就在该时刻输出选通信号“1”，从而选通报时脉冲信号，进行报时；3）由于报时的时候必然有分个位（C）为“9”，分十位（D）为“5”，秒十位（B）为“5”，即B3B2B1B0=0101,C3C2C1C0=1001,D3D2D1D0=0101,所以报时就体现在秒个位（A）的不同上： 当A3A2A1A0=0011时，低音报时； 当A3A2A1A0=0101时，低音报时； 当A3A2A1A0=0111时，低音报时； 当A3A2A1A0=1001时，高音报时； 综上可得，当且仅当B2、B0、C3、C0、D2、D0、A0全为“1”时才可能报时，所以易得报时的选通信号为： ； 注：上式中500Hz，1KHz分别指对应于低音和高音的信号。 下图为报时电路的逻辑图：注：上图中为了作图方便，使用两个管脚的74LS08代替四个管脚的74LS21，而且由于在元器件库中未找到蜂鸣器所以使用灯泡暂时代替。 5.校分电路： 1）当校分开关处于正常状态时，计数器正常计数；2）当校分开关处于“校分”档时，分计数器以2Hz的频率进行快速校分，而秒计数器保持不变；3）由于D触发器的输出只在时钟的触发沿变化，而其他时刻保持上一次的电平，所以使用74LS74D触发器构成一个去抖动开关； 4）正常计时状态下，开关连接高电平，此时Q端输出高电平，总输出端的信号与秒的十位进位信号相同；当开关接低电平时，Q端输出低电平，总输出端输出信号为2Hz的时钟信号； 下图为校分电路的原理图： 6.清零电路： 1）正常状态下，开关打在高电平，电路正常工作，总输出端为正常的“清零”信号；2）当需要清零时，将清零开关打到低电平位置，总输出端为清零信号；3）为了避免重复，这里利用电容做了一个可以减缓抖动的开关，而没有再用D触发器做去抖动开关；下图为清零电路的原理图：7.整体电路的设计：将校分电路和清零电路按照正确的逻辑关系添加到基本计时电路中去，再加入脉冲发生装置和译码显示装置，就构成了一个功能比较完整的计时器，最后再加入整点报时功能，就构成了一个基本的电子钟。下图为该电子钟的整体原理图： 附录：实验中所用器材的原理图和管脚图1.CD4511译码器：CD4511是一种8421BCD码向8段数码管各引脚码的转换器。当在其四个输入端输入8421BCD码时，其7个输出端可直接输出供7段数码管使用的信号。引脚图：输入输出LEDCBAgfedcba字符测灯011111118灭零1000000000000消隐锁存111显示LE=01时数据译码110000001111110110000100001101110001010110112110001110011113110010011001104110010111011015110011011111006110011100001117110100011111118110100111001119功能表：2.CD4518计数器： CD4518时一种常用的8421BCD码加法计数器。每一片CD4518集成电路中集成了两个相互独立的计数器。引脚图：功能表：输入输出CRCPENQ3Q2Q1Q0清零10000计数01BCD码加法计数保持00保持计数00BCD码加法计数保持01保持3.CD4040分频器： CD4040是一种常用的12分频集成电路。当在输入端输入某一频率的方波信号时，其12个输出端的输出信号分别为该输入信号频率的2-12-12，在电路中利用其与NE555组合构成脉冲发生电路。引脚图：4.NE555定时器： NE555是在电子科技行业广为应用的一种集成电路，用途十分广泛。在本电路中，构成时钟发生器，是整个电路的核心。其中引脚1为接地端，引脚2和引脚6为输入端，引脚3为输出端，引脚4为复位清零端，引脚5为调整端（通常空置或通过一个电容接地），引脚7位放电端，引脚8为电源。引脚图功能表：(引脚4 )Vi1(引脚6)Vi2(引脚2)VO(引脚3)001 VccVcc0